Silicon Labs（亦稱“芯科科技”）是領(lǐng)先的芯片、軟件和解決方案供應(yīng)商，所推出的電子器件在物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)自動(dòng)化、消費(fèi)電子、汽車市場(chǎng)和醫(yī)療行業(yè)均有著廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)，比如今天介紹的CMOS電流隔離器用于醫(yī)療行業(yè)相關(guān)設(shè)備可大幅降低其故障率。

眾所周知，光耦合器的作用很慢并且在溫度和器件壽命方面表現(xiàn)出廣泛的性能變化。它們是單端器件，因此表現(xiàn)出較差的共模瞬變抗擾度（CMTI）。此外，光耦合器采用砷化鎵（GaAs）工藝制造，具有固有的磨損機(jī)制，可在高溫和/或LED電流下永久性地減少LED發(fā)射。

這種降級(jí)降低了光耦合器的可靠性，性能和使用壽命。雖然變壓器比光耦合器提供更高的速度和更好的可靠性，但它們不能傳遞直流和低頻信號(hào)，從而對(duì)系統(tǒng)定時(shí)（例如接通時(shí)間和占空比）施加限制。變壓器也往往功率大且功率低，并且通常需要額外的外部組件來進(jìn)行核心復(fù)位。

電子醫(yī)療系統(tǒng)必須具有集成的強(qiáng)大隔離，以確保患者和操作員的安全。嚴(yán)格的國(guó)際安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)醫(yī)療電子系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)證，以確保其統(tǒng)一的安全性。隔離器在這些系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，因此必須堅(jiān)固可靠，占用空間最小，并且系統(tǒng)成本小到可以忽略不計(jì)。光耦合器和變壓器一直是醫(yī)療系統(tǒng)隔離器電路的首選解決方案。

然而，技術(shù)的進(jìn)步使得更小，更可靠和更高性能的隔離器件成為可能，包括單封裝多通道數(shù)字隔離器，AC電流傳感器和柵極驅(qū)動(dòng)器。這些新型隔離產(chǎn)品基于主流CMOS工藝技術(shù)，與光耦合器相比，其故障率降低了10倍。因此CMOS隔離產(chǎn)品是許多電子醫(yī)療系統(tǒng)的理想解決方案。

與光耦合器不同，CMOS隔離器在性能，可靠性，操作穩(wěn)定性，功耗節(jié)省和功能集成方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。CMOS隔離器的工作速率為DC至150Mbps，占用的空間更少（每個(gè)封裝最多6個(gè)隔離通道），功耗更高。

CMOS隔離器的基礎(chǔ)技術(shù)使這些屬性成為可能。 以模擬輸出的心電圖（ECG）前端為例，從儀表放大器進(jìn)行高通濾波，然后由轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式串行ADC。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過Silicon Labs的Si8630增強(qiáng)型（5kV）ISOpro數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)IEC 60601測(cè)試級(jí)別掉電，電壓驟降，中斷和電壓電源線的變化工頻（50/60 Hz）磁場(chǎng)隔離器，到控制器進(jìn)行處理。

Si8630數(shù)字隔離器可以在吞吐量下運(yùn)行每個(gè)通道的速率高達(dá)150Mbps，用于“無瓶頸”數(shù)據(jù)傳輸，支持高達(dá)5kVRMS的加強(qiáng)絕緣。

該器件工作電源電壓為2.5-5.5 V，所有器件版本都具有施密特觸發(fā)器輸入以實(shí)現(xiàn)高抗擾度，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。如果是并行輸出ADC如果使用，可以使用少至四個(gè)Si8660六通道隔離器實(shí)現(xiàn)隔離（假設(shè)16位ADC）。

Si8660集成度高，可節(jié)省90%PCB板面積；相對(duì)于6顆單通道隔離光耦，成本低10%以上，可大幅度降低用戶產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本，提升客戶產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 應(yīng)用在除顫器的功率級(jí)，其中兩個(gè)高側(cè)/低側(cè)隔離驅(qū)動(dòng)器（ISOdrivers）驅(qū)動(dòng)全橋電路。

請(qǐng)注意，此電路僅需要兩個(gè)ISO驅(qū)動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)的高端自舉電路，用于實(shí)現(xiàn)全橋驅(qū)動(dòng)解決方案。每個(gè)ISOdriver具有片內(nèi)輸入信號(hào)調(diào)理電路，由施密特觸發(fā)器輸入，輸入U(xiǎn)VLO組成保護(hù)，輸出重疊保護(hù)和死區(qū)時(shí)間發(fā)生器。

這些功能至關(guān)重要安全關(guān)鍵醫(yī)療系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。輸入級(jí)之后是增強(qiáng)的ISOpro雙通道隔離器，其輸出連接到柵極驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器與另一個(gè)以及輸入隔離。電阻器RDT1和RDT2確定每個(gè)周期內(nèi)添加的死區(qū)時(shí)間。

如果沒有死區(qū)時(shí)間要求，DT輸入應(yīng)連接到本地VDD源。

除了邏輯輸入ISOdrivers，Silicon Labs還提供增強(qiáng)型Si822x系列，功能兼容的光耦合驅(qū)動(dòng)器替代品。 Si822x系列有一個(gè)輸入模仿光耦LED的行為的階段，允許直接替換柵極驅(qū)動(dòng)器HCPL-3120等產(chǎn)品，但功耗更低，性能更佳，可靠性高。抗溫度和老化效應(yīng)，符合AEC-Q100 認(rèn)證，具有寬泛的工作溫度范圍。

另外在典型的電源使用的相移調(diào)制全橋應(yīng)用大型醫(yī)療系統(tǒng)，如臨床MRI。這些系統(tǒng)通常使用電流檢測(cè)變壓器，需要外部分立電路進(jìn)行磁芯復(fù)位和特殊布局注意事項(xiàng)。它們也傾向于具有低幅度輸出波形并且經(jīng)常導(dǎo)致有問題的EMI性能。

Si850x / 1x系列隔離式交流電流傳感器提供高達(dá)2Vp-p的集成復(fù)位電路滿量程輸出信號(hào)，5％的測(cè)量精度，小尺寸和低功耗操作。它們的工作頻率范圍為50kHz至1MHz（滿量程測(cè)量范圍為5，10和20安培）并具有1kV和5kV的隔離額定值。這些設(shè)備有輸入低功率損耗的電阻為1.3mΩ，減小振鈴的串聯(lián)電感為2nH。